[發明專利]噴涂機器人空間路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201310660713.6
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103611646A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 陳偉;曾慶軍;湯養;劉海艦
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B05B13/04
• 分類號: B05B13/04;G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種噴涂機器人空間路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據復雜曲面的拓撲結構將復雜曲面進行分片，并計算復雜曲面的平均法向量，復雜曲面的分片即對該復雜曲面最大投影面進行分片；根據最大投影面的拓撲結構，復雜曲面分片步驟如下：

(1)計算規則多邊形與凸多邊形度量參數；所述規則多邊形是指內角為直角或者鈍角的多邊形，所述凸多邊形是指內角角度均小于180度的多邊形；對于規則多邊形和凸多邊形度量參數R計算式為：

R=(Σi=1pλ(θi))/p]]>

上式中，p表示規則多邊形頂點的個數，θ_i(i=1，2，…，p)為規則多邊形內角角度，λ(θ_i)為罰函數，其定義式為：

λ(θi)=1-2πθi0≤θi≤π20π2≤θi≤πθiπ-1π≤θi≤2π]]>

(2)計算噴涂空間路徑的轉折點數；分片過程中應盡量選擇轉折點數最少的分片方案，即垂直于噴涂路徑方向的分片的邊長長度要盡量小，采用ALT_min表示垂直于噴涂路徑方向的分片的邊長長度，即分片的最低高度為ALT_min，采用多邊形旋轉法來求取最小高度ALT_min，該方法步驟如下：

a.設在x-y平面內有一個多邊形，將多邊形繞z軸旋轉360度；

b.旋轉后繪制旋轉過程中多邊形的高度變化曲線；

c.求出多邊形多個頂點的y坐標的最大值和最小值之差，即求出了最小高度ALT_min；

(3)計算片之間的公共邊長總和L_cb；片之間的公共邊長總和可在分片后直接計算出來；

(4)計算復雜曲面分片后某一片的最佳方案評價函數F，其數學表達式為：

F=w₁(R)+w₂(ALT_min)+w₃L_cb+w₄l

上式中，l表示分片數；w_i(i=1，2，3，4)為取值范圍為(0，1)的各個指標對應的權值，要求最佳方案評價函數F取到最小值；

(5)復雜曲面分片后，用一個頂點代表每一個片，將每一個頂點連接起來，從而形成一個完整的有向圖；將復雜曲面分片問題表示為一個帶約束條件的數學優化問題：

minz=Σj=1NSFjxj]]>

s.t.Σj=1NSaijxj=1,i=1,2,...,NC]]>

其中，x_j=0，1，a_ij=0，1，j=1，2，...，N_S

其中，N_C表示有向圖中的頂點數；N_S表示曲面分片后的片數；F_j表示曲面分片后第j片的最佳方案評價函數；若有向圖中用頂點i表示第j片則a_ij取1，否則a_ij取0；若第j片為分片后曲面中的一片，則x_j取1，否則x_j取0；

2)復雜曲面分片后，對每一片進行噴涂機器人空間路徑規劃；按照每一片上不同的空間路徑模式和走向建立噴涂路徑的評價函數F₀，并以評價函數值最優為目標，選出最佳路徑模式和走向；對于每一片上的噴涂空間路徑評價函數計算步驟如下：

(1)計算空間路徑平行指數λ；平行指數λ指每一片的邊界附近的噴涂路徑平行于邊界線的次數；

(2)計算空間路徑轉折點數n_t；

(3)計算空間路徑最小分段長度1_m；

(4)計算噴涂路徑最大距離與最小距離之差σ_d，如果兩條相鄰噴涂路徑之間的最大距離為d_max，而兩條相鄰噴涂路徑之間的最小距離為d_min，則σ_d=d_max-d_min；

(5)計算每一片噴涂空間路徑的評價函數f₀，

F₀=h₁λ+h₂(1/n_t)+h₃1_m+h₄(1／σ_d)

上式中，h_i(i=1，2，3，4)為取值范圍為(0，1)的各個指標對應的權值，在路徑規劃時應盡量選擇評價函數F₀大的噴涂路徑。